推荐-气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及其钻2×Φ13通孔夹具设计 精品

本科()

题目：气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及其钻2×Φ13通孔夹具设计

系别：机电信息系

专业：机械设计制造及其自动化

班级：

学生：

学号：

指导教师：

20XX年4月25日

气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及钻2×Φ13通孔夹具

设计

摘要

气门摇杆轴支座是柴油机一个重要零件，是柴油机摇杆座的结合部。本在气门摇杆轴支座工艺规程设计过程中，详细的分析了摇杆轴支座的加工工艺，通过工艺方案的比较与分析得到了符合技术要求的工序，形成了机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。并完成了钻孔夹具的设计，阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、夹具体设计，运用AutoCAD完成了此典型夹具的装配图和夹具体的零件图。本设计的加工工艺合理，夹具可行、高效、省力，能满足零件的加工要求，保证其加工质量。

关键词：气门摇杆轴支座；机械加工；加工工艺；典型夹具

Bearing Parts Machining Process Valve Rocker Shaft and

Its Typical Fixture Design

Abstract

Valve rocker shaft bearing is an important part of the diesel engine, is a bination of diesel engine rocker seat. This graduation design in valve rocker shaft bearing process design process, a detailed analysis of the process of the rocker shaft bearing, meet the technical requirements of the process was obtained through the parison and analysis of the process, forming a machining process card and machining process card. And finish milling and turning and drilling fixture design, elaborated the localization scheme selection, clamping scheme, clamp design, AutoCAD is used to plete the assembly drawing of this typical fixture and clamp parts map specific. Processing technology of the design is reasonable, feasible，high efficiency, labor saving fixture, can meet the processing requirements of parts，ensure the machining quality.

Key Words: valve rocker shaft bearing; mechanical processing; processing

technology; typical jig

目录

5

5

6

3.3制定机械加工工艺路线

3.4工艺方案的比较与分析

3.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

3.6选择加工设备及刀、夹、量具

3.7确定切削用量及基本工时11

46

46

47

47

47

4.5切削力和夹紧力的计算 (27)

48

4.7夹具设计及简要操作说明 (28)

29

参考文献 (30)

致谢 (31)

2

3

1 绪论

1.1题目背景和研究意义

制造业是一个国家的立国之本，是一个国家的民族产业和支柱产业，也是反映一个国家经济实力的重要标志，是为国家创造财富的重要产业。

制造技术支持着制造业的发展，当今制造技术的发展使传统制造业革新了他原来的面目，制造工艺与夹具同样取得了较快发展。所谓工艺，是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。进行机械加工工艺设计是保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。机械零件加工精度是机械零件加工质量的核心部分。零件的加工精度是指零件完工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）对理想几何参数的符合程度，符合程度越高。机械加工工艺对加工精度的影响主要体现在加工工艺的受力变形、加工工艺的几何精度以及工艺系统的热变形三个方面。加工精度包括：尺寸精度，形状精度，位置精度。提高加工及高度的措施归纳为：减少误差法；误差补偿法(误差抵消法)；误差转移法；就地加工法；误差平均法[1]。

夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。

夹具是制造系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。工件在机床上进行加工时，为了保证加工精度和提高生产效率，必须使工件相对刀具占有正确位置，完成之一功能的辅助装置成为机床夹具。它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。

机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：1）通用夹具通用夹具

具有一定的通用性。2）专用夹具专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的。3）通用可调整夹具和成组夹具通用可调整夹具和成组夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4）组合夹具组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具[3]。组合夹具的适用范围可以从不同角度来谈:从产品的批量来看，组合夹具最适于新产品研制、试制、单件和小批量生产。因此，对于产品变化频繁、该型周期短、产品类型多的企业选用组合夹具最为适宜，能收到最显著的经济效果；从加工工序来看，组合夹具应用极为广泛，它可以方便的组成各类机床使用的夹具；从加工工件的几何形状和尺寸看，组合夹具一般不受工件形状的限制。

工件的工艺分析及夹具设计是工艺工程师必备的专业素质。这次设计使我们能综合运用了械制图学，机械设计，机械制造工程学，互换性与测量技术中的基本理论和方法独立地分析和解决工艺与夹具设计中的问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（气门摇杆轴支座）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成家具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能的一次中和性实践机会，为今后从事的工作打下良好的基础。

1.2国内外相关研究情况

迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。

1.2.1 国内夹具发展史

我国国内的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇[5]。

1.2.2 国外夹具发展史

从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而

通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的夹具，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO 和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景[16]。

1.2.3国内外机床夹具发展现状

研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS ）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

2）能装夹一组具有相似性特征的工件；

3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；

4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

5）采用以液压等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；

6）提高机床夹具的标准化程度。

总体来说现代机床的发展趋势是：1）、提高标准化通用化程度。2）、适应多品种、中小批生产企业的特点，发展可调整夹具，力求缩短生产准备周期，提高经济效果。3）、发展高效率夹具力求提高劳动生产率，减轻劳动强度4）、机床夹具的发展应向机床工作台技术转移[18]。

1.3本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案

1.3.1课题研究主要内容

气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件。是柴油机摇杆座的结合部，1.006.020+

-φmm 孔装摇杆轴，

轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个Φ 13mm 孔用M12螺杆与汽缸盖相连，3mm 轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。汽缸盖内每缸四阀使燃烧室充气最佳，气门由摇杆凸轮机构驱动，摩擦力小且气

门间隙由液压补偿。这种结构可能减小燃油消耗并改善排放。另外一个优点是减小噪音，这种结构使3.0升的TDI发动机运转极端平稳。

主要研究内容：1)对所给零件进行工艺分析，并建立该零件三维模型，设计该零件毛坯。2）、所给零件的工艺分析，计算、编写加工工艺，有数控工序的并编写数控代码。3）、设计1-2个工序的机床夹具，有定位分析（自由度），夹具的定位误差计算等内容。4）、绘制各夹具的装配图及部分零件图；要求各夹具设计合理，符合工程实际。

1.3.2拟采用的研究方案

第一步、零件作用分析和工艺分析。第二步、零件工艺规程定性设计，包括毛坯制造方法的确定、基准面选择、工艺路线确定。第三步，零件工艺规程定量设计和计算，包括毛坯尺寸的确定、工艺尺寸、机械加工余量确定、切削用量和基本工时确定。第四步、夹具设计。第五步、绘制零件、夹具及装配二维图。

2 零件的分析

2 零件的分析

2.1零件的作用

气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件，是柴油机摇杆座的结合部。1.006.020+

-φ孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个Φ13mm 孔用M12螺杆与汽缸盖相连，3mm 轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。气缸盖内每缸四阀使燃烧室充气最佳，气门由摇杆凸轮机构驱动，摩擦力小且气门间隙由液压补偿。这种结构可以减少燃油消耗并改善排放。零件图见图2.1

图2.1气门摇杆轴支座三维建模

2.2零件的结构分析

该零件是属于箱体零件，典型通过对该零件的重新绘制，知道了得原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该零件上主要加工面为上端面，

下端面，左右端面，2×Φ13mm 孔和1.006.020+

-φmm 以及3mm 轴向槽的加工。

1.006.020+

-φmm 孔的尺寸精度以及下端面与Φ20mm 孔的中心轴线的平行度为0.05mm 与左右两端面孔的尺寸精度等，直接影响到进气孔与排气门的传动精度及密封，以及2×Φ13mm 孔的尺寸精度，和上下两端面的平行度0.05mm 。

2.3零件的工艺分析

由零件毛坯图2.2得知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。

该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2×Φ13mm 孔和

1.006.020+

-φmm 以及3mm 轴向槽的加工。1.006.020+-φmm 孔的尺寸精度以及下端面0.05mm 的平面度与左右两端面孔的尺寸精度，直接影响到进气孔与排气门的传动精度及密封，2-Φ13mm 孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度0.05mm 。因此，需要先以下端面为粗基准加工上端面，再以上端面为粗基准加工下端面，

再把下端面作为精基准，最后加工1.006.020+

-φmm 孔时以下端面为定位基准，以保

证孔轴相对下端面的位置精度。零件毛坯图如图2.2所示

图2.2气门摇杆轴支座毛坯图

2.4零件的生产类型

()b a n Q N ++=1 （2.1）

依设计题目知：Q=6000台/年，n=2件/台；结合生产实际，备品率a和废品率b都为4%。带入公式得该零件的生产纲领

()12960

+

?

=

N

+

?

2

4

%

6000=

%

4

1

从此结果可知，该零件生产类型为大批生产。

3 机械加工工艺规程设计

3.1确定毛坯的的制造形式

由零件图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。该零件外形结构较复杂，因此确定毛坯为铸件，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。零件上主要加工面为上端面，下底面，左右

两端面，2×Φ13孔，1.006.020+-φ孔以及3mm 宽的轴向槽。其中1.006.020+

-φ孔的尺寸精

度以及下端面相对于1.006.020+

-φ孔轴线的平行度及左右端面的尺寸精度，直接影响

到进气孔与排气门的转动精度和密封性。因此，需要先以上端面为粗基准加工

下端面，再以下端面为精基准加工上端面，最后加工1.006.020+

-φ时以下端面为定位

基准，以保证孔轴相对下端面的位置精度。由参考文献[17]中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知，上述要求是可以达到的零件结构的工艺性也是可行的。

根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的铸造方法用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。由参考文献[17]查得该种铸造公差等级为CT10—11，加工余量等级MA 选择H 级。

3.2定位基准的选择

在机械加工过程中，定位基准的选择合理与否决定零件质量的好坏，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均为加工，只能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准；以后的加工，必须以加工过的表面做定位基准，以加工过的表面作为定位基准的称为精基准。

3.2.1精基准的选择

气门摇杆轴支座的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，

能使加工遵循基准重合的原则。1.006.020+

-φ孔及左右两端面都采用底面做基准，这

使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。

3.2.2粗基准的选择

选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。

3.3制定机械加工工艺路线

制定工艺路线时，必须充分考虑采用确保产品质量，并以最经济的办法达到所要求的生产纲领的必要措施，即应该做到：技术上先进，经济上合理，并有良好、安全的劳动条件。

（1）、工艺路线方案一：

工序1：铸造

工序2：时效

工序3：粗车、精车50底面

工序4：粗车上端面

工序5：钻Φ18的孔，扩孔至Φ19.8、铰孔至Φ20，倒角

工序6：粗车、半精车、精车左右两Φ32端面

工序7：铣轴向槽

工序8：钻Φ12的孔，扩孔至Φ12.8、铰孔至Φ13

工序9：清洗去毛刺

工序10：验收

工序11：入库

（2）、工艺路线方案二：

工序1：铸造

工序2：时效

工序3：粗、精铣50底面

工序4：粗铣上端面

工序5：钻Φ 18的孔，扩孔至Φ 19.8、铰孔至Φ 20，倒角

工序6：钻Φ12的孔，扩孔至Φ 12.8、铰孔至Φ 13

工序7：铣轴向槽

工序8：粗车、半精车、精车左右两Φ 32端面

工序9：清洗去毛刺

工序10：验收

工序11：入库

以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡综合片”

3.4工艺方案的比较与分析

上述前两个工艺方案的特点在于：两个加工方案都是按先加工面再加工孔的原则进行加工的。方案一用车削的方法加工上下底面，由于工件形状和尺寸原因本工件在车床上车削时比较困难，故改用铣床加工。且把钻2×Φ13孔放的相对靠前，这样做为后面工序的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的时间，提高了生产效率，因此，选用方案二是比较合理的。

最后确定工艺方案如下表3.1:

表3.1 加工工艺路线

工序号工序内容简要说明

1 一箱多件沙型铸造

2 进行人工时效处理消除内应力

3 粗、精铣50底面先加工面

4 粗铣上端面

5 钻Φ18的孔，扩孔至Φ19.8、铰孔至Φ20，倒角

6 钻Φ12的孔，扩孔至Φ12.8、铰孔至Φ13

7 铣轴向槽

8 粗车、半精车、精车左右两Φ32端面

9 清洗去毛刺

10 验收

11 入库

3.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“气门摇轴支座”零件材料HT200，毛坯的重量约为1.4kg，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。

1、50底面，表面粗糙度为Ra6.3，查参考文献[6]表2-8得，单边总余量Z=2.0

粗铣单边余量Z=1.5

精铣单边余量Z=0.5

2、上端面，表面粗糙度为Ra12.5，查参考文献[6]表2-8得，单边总余量Z=2.0

粗铣单边余量Z=1.5

精铣单边余量Z=0.5

3、2×Φ13孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造

4、轴向槽，因尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造

5、Φ32端面，表面粗糙度为Ra1.6，查参考文献[6]表2－8得，单边总余量Z=2.0

粗车单边余量Z=1.5

半精车单边余量Z=0.4

精车单边余量Z=0.1

6、Φ20孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造

7、不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。

3.6选择加工设备及刀、夹、量具

由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。

粗铣50底面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择X51立式铣床，刀具为直径D为Φ60mm立铣刀，专用夹具及游标卡尺。

精铣50底面：采用上述相同的机床与铣刀，专用夹具及游标卡尺。

粗铣上端面：采用上述相同的机床，刀具为直径D为Φ30mm立铣刀，专用夹具和游标卡尺。

钻孔至Φ18：采用立式钻床选择Z525立式钻床，刀具为直柄麻花钻，专用夹具和游标卡尺

扩Φ18孔至Φ19.8：采用立式钻床选择Z525立式钻床，刀具为扩孔钻，专用夹具和游标卡尺

铰Φ19.8孔至Φ20：采用立式钻床选择Z525立式钻床，刀具为铰刀，专用夹具和游标卡尺

钻孔至Φ12：采用立式钻床选择Z525立式钻床，刀具为直柄麻花钻，专用夹具和游标卡尺

扩Φ12孔至Φ12.8：采用立式钻床选择Z525立式钻床，刀具为扩孔钻，专用夹具和游标卡尺

铰Φ12.8孔至Φ13：采用立式钻床选择Z525立式钻床，刀具为铰刀，专用夹具和游标卡尺

铣轴向槽：采用卧式铣床选择X62卧式铣床，刀具为直径D为Φ80mm锯片铣刀，专用夹具和游标卡尺。

粗车左右两Φ32端面：采用车床选择CA6140车床，刀具为端车刀，专用夹具和游标卡尺。